DE4009675C2 - Method for producing a field-controlled thyristor and thyristor produced therewith with stable withstand voltage characteristics - Google Patents
Method for producing a field-controlled thyristor and thyristor produced therewith with stable withstand voltage characteristicsInfo
- Publication number
- DE4009675C2 DE4009675C2 DE4009675A DE4009675A DE4009675C2 DE 4009675 C2 DE4009675 C2 DE 4009675C2 DE 4009675 A DE4009675 A DE 4009675A DE 4009675 A DE4009675 A DE 4009675A DE 4009675 C2 DE4009675 C2 DE 4009675C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- zones
- cathode
- gate
- diffusion
- zone
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 12
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 41
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 28
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 22
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 6
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 241000881711 Acipenser sturio Species 0.000 description 1
- 241000863814 Thyris Species 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 206010022000 influenza Diseases 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N phosphinic chloride Chemical compound ClP=O RLOWWWKZYUNIDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66416—Static induction transistors [SIT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7391—Gated diode structures
- H01L29/7392—Gated diode structures with PN junction gate, e.g. field controlled thyristors (FCTh), static induction thyristors (SITh)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines feldgesteuerten Thyristors und einen bevorzugt nach diesem Verfahren hergestellten Thyristor.The invention relates to a method for producing a field-controlled thyristors and one preferred after this Process manufactured thyristor.
Dabei ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Her stellung eines feldgesteuerten Thyristors gerichtet, bei welchem Gate-Zonen, zwischen denen ein Kanal von geringer Breite gelegen ist, und an den Kanälen angeordnete Kathoden- Zonen auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats mittels Störstellendiffusion durch in einem die Substratoberfläche bedeckenden Oxidfilm angebrachte Diffusionsöffnungen aus gebildet werden, wobei Gate-Elektroden und Kathoden-Elek troden auf dem Oxidfilm ausgebildet werden, um die Gate- Zonen bzw. die Kathoden-Zonen durch die im Oxidfilm ange brachten Kontaktöffnungen zu kontaktieren, und bei welchem eine Anoden-Elektrode auf einer, auf einer Rückseite des Halbleitersubstrats durch Eindiffundieren von Fremdatomen geschaffenen Anoden-Zone ausgebildet wird, wobei die mittels Wärmediffusion von Fremdatomen durch die Diffusionsöffnung auf der Oberfläche ausgebildeten Kathoden-Zonen sich mit den Gate-Zonen teilweise überlappen. The invention relates to a method for manufacturing position of a field-controlled thyristor directed at what gate zones between which a channel of less Width is located, and arranged on the channels cathode Zones on a surface of a semiconductor substrate by means of Impurity diffusion through in the substrate surface covering diffusion openings are formed, with gate electrodes and cathode elec electrodes are formed on the oxide film in order to Zones or the cathode zones indicated by those in the oxide film brought contact openings to contact, and at which an anode electrode on one, on a back of the Semiconductor substrate by diffusion of foreign atoms created anode zone is formed, the means Heat diffusion of foreign atoms through the diffusion opening cathode zones formed on the surface align with the Partially overlap gate zones.
Ferner ist die Erfindung auf einen feldgesteuerten Thyristor mit einem Halbleitersubstrat gerichtet, das auf einer Ober flächenseite mit einem mit Kontaktöffnungen für Gate-Elek troden und Kathoden-Elektroden versehenen Oxidfilm bedeckt ist, mit Gate-Zonen, die auf dieser Oberfläche des Halblei tersubtrats aufgebracht sind und die jede eine Gate-Elek trode aufweisen, die durch die Kontaktöffnungen für die Gate-Elektroden die Gate-Zonen kontaktieren, wobei die Gate- Zonen jeweils so ausgebildet sind, daß zwischen ihnen ein Kanal von geringer Breite liegt, mit Kathoden-Zonen, die jeweils so an den Kanälen ausgebildet sind, daß sie die Gate-Zonen teilweise überlappen und eine ausreichende Sperr spannung am Zonenübergang in bezug auf die Gate-Zonen ver bleibt, wobei jede Kathoden-Zone eine auf dem Oxidfilm be findliche Kathoden-Elektrode aufweist, die mit der betref fenden Kathoden-Zone durch die Kontaktöffnung in Kontakt steht, und mit einer Anoden-Zone auf einer Rückseite des Halbleitersubstrats, die mit einer darauf aufgebauten Ano den-Elektrode versehen ist.The invention is also based on a field-controlled thyristor with a semiconductor substrate, which is on an upper surface side with one with contact openings for gate elec trode and cathode electrodes covered oxide film is, with gate zones on this surface of the semi-lead Tersubtrats are applied and each a gate elec have trode through the contact openings for the Gate electrodes contact the gate zones, the gate Zones are each designed so that a between them Channel of small width lies, with cathode zones that are each formed on the channels so that they Gate zones partially overlap and there is sufficient blocking voltage at the zone transition with respect to the gate zones ver remains, with each cathode zone being on the oxide film sensitive cathode electrode, which relates to the fenden cathode zone in contact through the contact opening stands, and with an anode zone on a back of the Semiconductor substrate with an Ano the electrode is provided.
In JP 54-92180 A (S. Iwanai) ist ein feldgesteuertes Halb leiterbauelement offenbart, bei dem eine Mesaätzung zusammen mit einer selektiven Oxidation einer Oberfläche des Halblei tersubstrates ausgeführt wird, um in diesem Gates zu bilden, und bei dem leitende Siliziumkristalle mittels eines CVD- Verfahrens oder ähnlichem auf als Drains auszubildenden Oberflächenbereichen haftend angebracht werden. Bei diesem bekannten Bauelement besteht jedoch das Problem, daß die elektrischen Eigenschaften instabil sind, weil die Tiefe der Drain-Zonen oder die Schwankung des Flächenwiderstandes zu groß sind. Das heißt, daß ein Störstellenprofil wie etwa die Störstellenkonzentration und die Diffusionstiefe aufgrund des Anhaftens des leitenden Siliziumkristalls auf der Ober fläche des Halbleitersubstrats und aufgrund von dessen Wär mediffusion in das Substrat wahrscheinlich weder stabil noch gleichmäßig gemacht werden kann. JP 54-92180 A (S. Iwanai) has a field-controlled half conductor component disclosed, in which a mesa etching together with selective oxidation of a surface of the semi-lead tersubstrates to form in this gate and for the conductive silicon crystals by means of a CVD Process or the like on trainees as Drains Surface areas are adhered. With this known component, however, there is the problem that the electrical properties are unstable because of the depth of the Drain zones or the fluctuation in the sheet resistance are great. That is, an impurity profile such as that Impurity concentration and the diffusion depth due the adherence of the conductive silicon crystal on the upper area of the semiconductor substrate and due to its heat mediffusion into the substrate is probably neither stable nor can be made even.
Bei dem genannten Influenz-Halbleiterbauelement hängen die Stehspannungseigenschaften zwischen dem Gate und dem Drain vom Abstand von der dem Drain entsprechenden Position und von der Störstellenkonzentration insbesondere des zugeordne ten Bereichs zwischen heterogenen Störstellenzonen ab; hier bei besteht jedoch das Problem, daß ein solcher Abstand und eine solche Konzentration aufgrund des instabilen Störstel lenprofils zu Schwankungen veranlaßt werden, wodurch die Stehspannung zwischen dem Gate und dem Drain instabil ge macht wird. Ferner hängt im oben genannten Influenz-Halb leiterbauelement die Gate-Schwellenspannung von der Kanal breite zwischen den als Gate-Zonen fungierenden Störstellen diffusionszonen ab, so daß es im Falle des Anreicherungstyps wünschenswert ist, die Kanalbreite so klein wie möglich her zustellen, während das Problem aufgrund des instabilen Stör stellenprofils beträchtlich erhöht wird, wenn die Kanalbrei te kleiner gemacht wird.In the case of the aforementioned influential semiconductor component, they depend Withstand voltage properties between the gate and the drain the distance from the position corresponding to the drain and of the concentration of impurities in particular of the assigned area between heterogeneous impurity zones; here there is, however, the problem that such a distance and such a concentration due to the unstable interference lenprofils are caused to fluctuate, causing the Withstand voltage between the gate and the drain is unstable is made. Also hangs in the above influenza half conductor device the gate threshold voltage from the channel wide between the gaps acting as gate zones diffusion zones, so that in the case of the enrichment type It is desirable to keep the channel width as small as possible deliver while the problem is due to the unstable sturgeon job profile is increased significantly when the channel wad te is made smaller.
Weitere Influenz-Halbleiterbauelemente sind in JP 60-955 A (Y. Gyomoto), JP56-71979 A (H. Ikoma) offenbart, sie sind von den Eigenschaften nicht wesentlich anders als das vorangehen de Bauelement von S. Iwanai und lösen das im Stand der Tech nik entstandene Problem nicht.Further influential semiconductor components are in JP 60-955 A (Y. Gyomoto), JP56-71979 A (H. Ikoma) discloses them are not significantly different in properties than the previous one de component by S. Iwanai and solve that in the state of the tech no problem arisen.
Aus dem Artikel von Brian R. Pelly "Leistungshalbleiter - ein Überblick", 3. Teil in Elektronik 20/08. Oktober 1982, Heft 20, Seiten 71-75, ist ein feldgesteuerter Thyri stor der eingangs genannten Art bekannt. Aufgrund der nur schematischen Darstellung des Bauelements ist aber die ge naue Struktur der Elektroden-Zonen und ihre jeweilige Anord nung in bezug auf die zugehörigen Kontaktöffnungen aus die sem Artikel nicht ersichtlich.From Brian R. Pelly's article "Power Semiconductors - an overview ", 3rd part in electronics 20/08 October 1982, Issue 20, pages 71-75, is a field-controlled Thyri stor known of the type mentioned. Because of the only schematic representation of the component is the ge exact structure of the electrode zones and their respective arrangement with regard to the associated contact openings from the not visible in this article.
In der DE 36 32 642 A1 sind elektronische Halbleiter-Lei stungs-Bauelemente offenbart, in denen der Stromfluß zwi schen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode vertikal gerichtet ist und durch die Gate-Elektrode gesteuert wird. Die Diffusionszonen des Gates und die Diffusionszone der Source werden bei diesen Halbleiterbauelementen durch Ionenimplantation des jeweiligen Dotierstoffs und durch anschließendes Warmbehandeln bei erhöhter Temperatur er zeugt. Auch ist eine teilweise Überlappung der so gebildeten Kathoden-Zonen und Gate-Zonen offenbart. Bei den Halblei terbauelementen gemäß der vorgenannten Offenlegungsschrift steht aber das Erzielen einer hohen Sperrspannung zwischen Drain und Source im Vordergrund. Zugleich wird ein geringer Durchgangswiderstand im eingeschalteten Zustand angestrebt. Der Druckschrift sind jedoch keinerlei Maßnahmen zu entneh men, mit deren Hilfe die Stehspannungscharakteristik zwi schen Gate- und Kathoden-Zone verbessert werden kann.In DE 36 32 642 A1 are electronic semiconductor Lei Stungs components disclosed in which the current flow between vertical between the source electrode and the drain electrode is directed and controlled by the gate electrode. The diffusion zones of the gate and the diffusion zone of the In these semiconductor devices, the source becomes Ion implantation of the respective dopant and through subsequent heat treatment at elevated temperature testifies. There is also a partial overlap of the so formed Cathode zones and gate zones disclosed. With the half lead terbauelemente according to the aforementioned disclosure but stands between achieving a high reverse voltage Drain and source in the foreground. At the same time, a small one Contact resistance aimed for when switched on. However, no measures can be found in the publication men, with the help of the withstand voltage characteristic between The gate and cathode zone can be improved.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines feldgesteuerten Thyristors mit gleichmäßi gen, reproduzierbaren Störstellenprofilen sowie einer sta bilen Stehspannungscharakteristik zwischen Gate und Kathode, wobei insbesondere die pn-Zonenübergangsgrenze zwischen Gate-Zone und Kathoden-Zone so ausgebildet sein soll, daß ein Kurzschluß zwischen Gate-Elektrode und Kathoden-Elek trode verhindert wird.In contrast, the object of the present invention is Creation of a field-controlled thyristor with uniformi reproducible fault profile and a stable low withstand voltage characteristics between gate and cathode, in particular the pn zone transition boundary between Gate zone and cathode zone should be designed so that a short circuit between the gate electrode and cathode elec trode is prevented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zur Herstellung eines feldgesteuerten Thyristors gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kontaktöffnungen zum Kontaktie ren der Kathoden-Elektroden mit den Kathoden-Zonen in genau er Übereinstimmung mit den Diffusionsöffnungen zur Ausbil dung der Kathoden-Zonen durch Entfernen eines dünnen, sich während der thermischen Diffusion zur Ausbildung der Katho den-Zonen ausbildenden Oxidfilms mittels Ätzung geschaffen werden, wobei der Oxidfilm mit den darin gebildeten Diffu sionsöffnungen als Maske zur Ausbildung der Kathoden-Elek troden verwendet wird, und daß die sich mit den Gate-Zonen überlappenden Teile der Kathoden-Zonen so ausgeformt werden, daß die Zonenübergangsgrenze (X) im Abstand von den sich mit den Gate-Zonen teilweise überlappenden Kontaktöffnungen für die Kathoden-Elektroden gelegen ist. This object is achieved by the provision a method of the type mentioned for the manufacture of a field-controlled thyristor, which thereby is characterized in that the contact openings for Kontaktie the cathode electrodes with the cathode zones in exactly he agreement with the diffusion openings for training the cathode zones by removing a thin, yourself during thermal diffusion to form the catho the oxide film forming zones created by etching be, the oxide film with the Diffu tion openings as a mask to form the cathode elec Troden is used, and that with the gate zones overlapping parts of the cathode zones are shaped so that the zone transition limit (X) is at a distance from the the gate zones partially overlapping contact openings for the cathode electrodes is located.
Der insbesondere nach diesem Verfahren hergestellte feldge steuerte Thyristor ist dadurch gekennzeichnet, daß die sich mit den Gate-Zonen überlappenden Teile der Kathoden-Zonen eine Zonenübergangsgrenze (X) aufweisen, die in einem sol chen Abstand (B) von den sich mit den Gate-Zonen teilweise überlappenden Kontaktöffnungen der Kathoden-Elektroden gele gen ist, daß die gewünschte Stehspannung zwischen Gate und Kathode eingestellt ist.The Feldge controlled thyristor is characterized in that the parts of the cathode zones overlapping with the gate zones have a zone transition boundary (X), which in a sol Chen distance (B) from the partially with the gate zones overlapping contact openings of the cathode electrodes gene is that the desired withstand voltage between the gate and Cathode is set.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen: The invention is based on preferred in the following Exemplary embodiments with reference to the drawing explained; show it:
Fig. 1a-1g Darstellungen zur Erläuterung der Abfolge der das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des feldgesteuerten Thyristors bildenden grundlegenden Schritte; Fig. 1a-1g are diagrams for explaining the sequence of the inventive method for producing the field-controlled thyristor forming basic steps;
Fig. 2a-2c Darstellungen zur Erläuterung der Abfolge der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit denen der feldgesteuerte Thyristor zu einem vom Anreicherungstyp gemacht wird, anhand eines relevanten Ausschnitts des Thyristors; FIGS. 2a-2c are diagrams for explaining the sequence of steps by which the field-controlled thyristor is made an enhancement type of the inventive method, on the basis of a relevant section of the thyristor;
Fig. 3 eine genauere Darstellung des feldgesteuerten Thyristors vom Anreicherungstyp, wie er gemäß den Schritten von Fig. 2 hergestellt wird; und FIG. 3 is a more detailed illustration of the field-controlled enhancement type thyristor as manufactured in accordance with the steps of FIG. 2; and
Fig. 4 eine Darstellung des Störstellenprofils in den entsprechenden, die Gate- und Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen des feldgesteuerten Thyristors gemäß Fig. 3. Fig. 4 shows the impurity profile in the corresponding, the gate and cathode zones constituting Störstellendiffusionszonen of the field-controlled thyristor according to FIG. 3.
In den Fig. 1a bis 1g sind die grundlegenden Schritte des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsge mäßen feldgesteuerten Thyristors gezeigt. Zunächst wird, wie in Fig. 1a gezeigt, ein N⁻-dotiertes Siliziumhalb leitersubstrat 11 mit einer auf einer Rückseite des Sub strats ausgebildeten, eine Anodenzonen aufbauenden P-do tierten Störstellendiffusionszone 12. und mit Gatezonen aufbauenden, auf der anderen Seite des Substrats 11 aus gebildeten P⁺-dotierten Störstellendiffusionszonen 13 versehen, während ferner ein Oxidfilm 14 gebildet wird, um damit die Oberfläche über den Zonen 13 zu überziehen. Dann werden, wie in Fig. 1b gezeigt, Ionenimplantations öffnungen 15 durch den Oxidfilm 14 erzeugt, so daß die Öffnungen 15 die Oberfläche des Substrates 11 zwischen benachbarten P⁺-dotierten Diffusionszonen 13 bei teil weiser Überlappung mit den Zonen 13 freilegen, daß N- Fremdatome wie etwa Phosphor in die freigelegte Oberflä che des Substrates eingelassen werden und daß die einge lassenen Fremdatome einer Wärmediffusion und einer Akti vierung in einer N₂-Gas-Umgebung unterworfen werden. Folglich werden, wie in Fig. 1c gezeigt, Kathodenzonen aufbauende N⁺-dotierte Störzellendiffusionszonen 16 aus gebildet, die mit einer sog. Zonenübergangs-Stehspannung ver sehen sind, welche in bezug auf die die Gatezonen auf bauenden P⁺-dotierten Störstellendiffusionszonen 13 ent gegengesetzt orientiert ist, anschließend werden die Öffnungen 15 durch einen dünnen Oxidfilm 14a, der eine Dicke von ungefähr einigen 10 nm besitzt, verschlossen, um die Zonen 16 abzudecken. Das heißt, daß dann, wenn das Substrat der Wärmediffusion in der N²-Gas-Umgebung unterworfen wird, ein sehr dünner natürlicher Oxidfilm in den Öffnungen 15 ausgebildet wird. Im vorliegenden Beispiel wird eine Ionenimplantation eingesetzt, um zur Ausbildung der Kathodenzonen Fremdatome in die Öffnungen 15 zu leiten, es kann jedoch jeder andere Prozeß, bei spielsweise ein Abscheidungsprozeß mit POCl₃, also mit einer flüssigen Quelle, eingesetzt werden.In Figs. 1a to 1g the basic steps of the process are shown for producing the field-controlled thyristor erfindungsge MAESSEN. First, as shown in FIG. 1a, an N⁻-doped silicon semiconductor substrate 11 having a P-doped impurity diffusion zone 12 formed on a rear side of the substrate and building an anode zones. and constituting with the gate zones, provided from formed P⁺-doped Störstellendiffusionszonen 13 on the other side of the substrate 11 while further an oxide film 14 is formed in order to coat the surface of the zones. 13 Then, as shown in Fig be. 1b, ion implantation openings 15 through the oxide film 14 generated so that the surface of the substrate to expose the openings 15 11 wise between adjacent P + doped diffusion regions 13 for partially overlap with the zones 13 that N- Foreign atoms such as phosphorus are let into the exposed surface of the substrate and that the foreign atoms let in are subjected to heat diffusion and activation in an N₂ gas environment. Consequently, as shown in FIG. 1c, N⁺-doped interference cell diffusion zones 16 that form cathode zones are formed, which are provided with a so-called zone transition withstand voltage, which are opposite in relation to the P⁺-doped impurity diffusion zones 13 that build on the gate zones is oriented, then the openings 15 are closed by a thin oxide film 14 a, which has a thickness of approximately a few 10 nm, in order to cover the zones 16 . That is, when the substrate is subjected to heat diffusion in the N 2 gas environment, a very thin natural oxide film is formed in the openings 15 . In the present example, an ion implantation is used to guide foreign atoms into the openings 15 to form the cathode zones, but any other process, for example a deposition process with POCl 3, that is to say with a liquid source, can be used.
Wie in Fig. 1d gezeigt, werden als nächstes durch den Oxidfilm 14 auf der Oberfläche des Siliziumhalbleiter substrats 11 Kontaktöffnungen 17 für die Gateelektroden erzeugt, um die P⁺-dotierten Störstellendiffusionszonen 13 vorzugsweise mittels einer anhand einer auf dem Film 14 vorgesehenen Fotomaskierung ausgeführten Ätzung teil weise freizulegen. Da die die Gatezonen aufbauenden P⁺ dotierten Störstellendiffusionszonen 13 so ausgebildet worden sind, daß sie mit einer verhältnismäßig großen Tiefe in das N⁻-dotierte Halbleitersubstrat 11 diffun dieren und eine verhältnismäßig große Breite auf der Oberfläche des Substrats 11 besitzen, kann die Ausbil dung der Kontaktöffnungen 17 im Oxidfilm 14 auf den je weiligen Zonen 13 sehr leicht mit einer bestimmten Ab messungstoleranz ausgeführt werden. Nach dieser Ausbil dung der Öffnungen 17 wird der in den Öffnungen 15 aus gebildete dünne Oxidfilm 14a an ausgewählten Stellen be seitigt, um auf diese Weise Kontaktöffnungen 15a für die Herstellung von Kathodenelektroden auszubilden. Hierbei können die Kontaktöffnungen 15a mit tels einer geringen Ätzung ohne Ausführung der Fotomas kierung in bezug auf den dünnen Oxidfilm 14a ausgebildet werden. Es ist möglich, den in Fig. 1e gezeigten Zustand dadurch zu erreichen, daß sowohl die Kontaktöffnungen 17 zu dem Halbleitersubstrat 11 zur Schaffung der Gateelek troden als auch die Kontaktöffnungen 15a zu dem Halblei tersubstrat 11 zur Schaffung der Kathodenelektroden mit tels der geringen Ätzung, beispielsweise während unge fähr 30 Sekunden mit einer Lösung bestehend aus HF : H₂O=1 : 10, ausgebildet werden. Die erwähnten Ionenimplantationsöff nungen 15 und die Kontaktöffnungen 15a zur Schaffung der Kathodenelektroden können praktisch auf die gleiche Wei se ausgebildet werden.As shown in FIG. 1d, next, through the oxide film 14 on the surface of the silicon semiconductor substrate 11, contact openings 17 are generated for the gate electrodes in order to partially remove the P Stör-doped impurity diffusion zones 13 by means of an etching carried out on the basis of a photo masking provided on the film 14 expose wisely. Since the Pzonen doped impurity diffusion zones 13 building the gate zones have been designed such that they diffuse with a relatively large depth into the N⁻-doped semiconductor substrate 11 and have a relatively large width on the surface of the substrate 11 , the formation of the Contact openings 17 in the oxide film 14 on the respective zones 13 are very easily carried out with a certain dimensional tolerance. After this Ausbil of the openings 17, the dung into the apertures 15 formed from a thin oxide film 14 at selected locations be seitigt to thereby form contact holes 15a for the manufacture of cathode electrodes. Here, the contact openings 15 a can be formed by means of a slight etching without executing the photomaking in relation to the thin oxide film 14 a. It is possible to achieve the state shown in Fig. 1e in that both the contact openings 17 to the semiconductor substrate 11 to create the gate electrodes and the contact openings 15 a to the semiconductor substrate 11 to create the cathode electrodes with means of low etching, for example, during about 30 seconds with a solution consisting of HF: H₂O = 1:10. The mentioned ion implant openings 15 and the contact openings 15 a to create the cathode electrodes can practically be formed in the same manner.
Dann werden, wie in Fig. 1f gezeigt, die Kathodenelek troden 20 bzw. die Gateelektroden 21 gleichzeitig aus Aluminium ausgebildet. Weiterhin wird, wie in Fig. 1g gezeigt, auf der P-dotierten Störstellenzone 12 auf der Rückseite des Halbleitersubstrates 11 eine Anodenelek trode 22 ausgebildet, wodurch die Herstellung des feldgesteuerten Thyristors abgeschlossen werden kann. Hierbei stellt der Oxidfilm 14 eine Isolierschicht dar. Es ist leicht einzusehen, daß in dem durch die vor angehenden Herstellungsschritte erstellten feldgesteuerten Thyristor der Betrag des durch eine Zone mit hohem spezifi schen Widerstand, also durch eine Basiszone im Silizium halbleitersubstrat 11, fließende elektrische Strom durch Anpassung einer an die Gateelektroden 21 angelegten Span nung gesteuert werden kann. Ferner können die Kontakt öffnungen 17 zur Schaffung der Gateelektroden selbstver ständlich nach der Ausbildung der Kontaktöffnungen 15a zur Schaffung der Kathodenelektroden ausgebildet werden, obwohl in den vorangehenden erfindungsgemäßen Herstel lungsschritten diese Kontaktöffnungen 17 vor der Ausbil dung der Kontaktöffnungen 15a ausgebildet worden sind.Then, as shown in Fig. 1f, the cathode electrodes 20 and the gate electrodes 21 are simultaneously made of aluminum. Furthermore, as shown in Fig. 1g, an anode electrode 22 is formed on the P-doped impurity zone 12 on the back of the semiconductor substrate 11 , whereby the manufacture of the field-controlled thyristor can be completed. Here, the oxide film 14 is an insulating layer. It is easy to see that in the field-controlled thyristor created by the preceding manufacturing steps, the amount of electrical current flowing through a zone with high specific resistance, that is, through a base zone in the silicon semiconductor substrate 11 Adjustment of a voltage applied to the gate electrodes 21 can be controlled. Furthermore, the contact openings 17 for creating the gate electrodes can of course be formed after the formation of the contact openings 15 a for creating the cathode electrodes, although in the preceding manufacturing steps according to the invention, these contact openings 17 have been formed before the training of the contact openings 15 a.
In den Fig. 2a bis 2c sind die Hauptschritte des Verfah rens zur Herstellung des erfindungsgemäßen feldgesteuerten Thyristors genauer gezeigt. In dem feldgesteuerten Thyristor ist insbesondere eine ver hältnismäßig große Strombelastbarkeit erforderlich, so daß die Ionenimplantationsöffnungen 15 zur Ausbildung der Kathodenzonen breiter vorgesehen werden müssen, wäh rend die Kanalbreite Cd zwischen benachbarten, die Gate zonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 13 minimal sein muß, so daß die Anordnung von der Art sein muß, daß die Fläche einer jeden Öffnung 15 zur Herstellung der Kathodenzone teilweise mit den benachbarten, die Gate zonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 13 über lappt. Hierbei können die Herstellungsschritte selbst die gleichen sein wie in den Fig. 1a bis 1g gezeigt, während die Ionenimplantationsöffnungen 15 zur Erzielung des feldgesteuerten Thyristors vom Anreicherungstyp in der Praxis so herge stellt werden müssen, daß jede Ionenimplantationsöffnung 15 teilweise mit den benachbarten Störstellendiffusions zonen 13, die als Gatezonen mit der verhältnismäßig en geren Kanalbreite Cd ausgebildet werden, überlappt, um einander gegenüberliegende Eckbereiche der Zonen 13 freizulegen, wie in Fig. 2a gezeigt. Dann wird durch die Öffnungen 15 die Ionenimplantation mit N-Fremdatomen wie etwa Phosphor ausgeführt, während die Wärmediffusion der implantierten Ionen und deren Aktivierung in einer N²- Gas-Umgebung ausgeführt wird, wodurch die N⁺-dotierten Störstellendiffusionszonen 16 zur Schaffung der Katho denzonen, wie in Fig. 2b gezeigt, ausgebildet werden, wobei die die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendif fusionszonen 16 so ausgebildet werden, daß sie mit Rand bereichen der die Gatezonen aufbauenden Störstellendif fusionszonen 13 teilweise überlappen. Die die Kathoden zonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 16 können mittels des oben erwähnten Abscheidungsprozesses ausge bildet werden.In FIGS. 2a to 2c, the main procedural steps of the proceedings are shown for producing the field-controlled thyristor according to the invention in more detail. In the field-controlled thyristor, in particular, a relatively large current carrying capacity is required, so that the ion implantation openings 15 for the formation of the cathode zones must be provided wider, while the channel width Cd between adjacent, the gate zone-building impurity diffusion zones 13 must be minimal, so that the arrangement of must be of the type that the area of each opening 15 for producing the cathode zone partially overlaps with the neighboring impurity diffusion zones 13 which form the gate zones. Here, the manufacturing steps themselves can be the same as shown in FIGS. 1a to 1g, while the ion implantation openings 15 in order to achieve the field-controlled thyristor of the enrichment type must be made in practice in such a way that each ion implantation opening 15 partially with the neighboring impurity diffusion zones 13 , which are formed as gate zones with the relatively narrower channel width Cd overlap to expose opposite corner regions of the zones 13 , as shown in FIG. 2a. Then, through the openings 15, the ion implantation is carried out with N foreign atoms such as phosphorus while the heat diffusion of the implanted ions and their activation is carried out in an N 2 gas environment, whereby the N wodurch-doped impurity diffusion zones 16 to create the cathode zones as shown in Fig. 2b, formed, the cathode zones constituting Störstellendif fusion zones 16 are formed so as to border areas of the gate zones constituting Störstellendif fusion zones 13 partially overlap. The impurity diffusion zones 16 building up the cathode zones can be formed by means of the above-mentioned deposition process.
Danach werden die auf die die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 16 bzw. auf die die Gatezonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 13 bezogenen Ka thodenelektroden 20 und Gateelektroden 21 in denselben Schritten wie in Fig. 1 gezeigt geschaffen, wobei zwi schen ihnen der Oxidfilm 14 angeordnet ist, wie in Fig. 2c gezeigt, während die Anodenelektrode 22 mit Bezug auf die die Anodenzone aufbauende Störstellendiffusionszone 12 geschaffen wird, womit die Herstellung des in Fig. 3 gezeigten feldgesteuerten Thyristors vom Anreicherungstyp abgeschlossen ist. In diesem in Fig. 3 gezeigten Thyristor sind die P-Störstellenkonzentration und die N-Störstellenkonzentration an der PN-Zonenübergangs grenze zwischen den die Gatezonen aufbauenden Störstel lendiffusionszonen 13 und den die Kathodenzonen aufbau enden Störstellendiffusionszonen 16 gleich.Thereafter, the cathode zones constituting the impurity diffusion zones 16 and the impurity diffusion zones 13 constructing the gate electrode electrodes 20 and gate electrodes 21 are created in the same steps as shown in FIG. 1, with the oxide film 14 disposed between them as shown in FIG shown. 2c, while the anode electrode 22, reference is made to the anode region constituting impurity diffused region 12, thereby completing the fabrication of the field-controlled thyristor shown in Fig. 3 has been completed of the enhancement type. In this thyristor shown in FIG. 3, the P impurity concentration and the N impurity concentration at the PN zone transition boundary between the impurity diffusion zones 13 building the gate zones and the impurity diffusion zones 16 building the cathode zones are the same.
Aus dem in Fig. 4 gezeigten Störstellenprofil, das in der Nähe eines Punktes A auf der Oberfläche des Substra tes 11 gemessen wurde, ist ersichtlich, daß der Schnitt punkt der P⁺- und der N⁺-Störstellenkonzentrationskurven der PN-Zonenübergangsgrenze entspricht. Bei einem be kannten feldgesteuerten Thyristor zeigen die die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen ei ne beträchtliche Schwankung des Störstellenprofils, so daß sich dann, wenn die Diffusion flach und die Stör stellenkonzentration niedrig ist, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die PN-Zonenübergangsgrenze an der Position B′ be findet, so daß der Abstand der Grenze von der Kontakt öffnung 15a zur Ausbildung der Kathodenelektrode unzu reichend wird und somit die Gefahr der Entstehung eines Kurzschlusses oder wenigstens einer unzulänglichen Steh spannung zwischen den Gate- und Kathodenzonen entsteht. In dem erfindungsgemäßen feldgesteuerten Thyristor zeigen andererseits die die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 16 nur eine geringe und sta bile Schwankung hinsichtlich der Störstellenkonzentra tion und der Diffusionstiefe, so daß die PN-Zonenüber gangsgrenze an der Oberfläche des Substrates 11 stabil an einer in Fig. 3 gezeigten Position B angeordnet wer den kann, die von der die Kathodenelektrode bildenden Kontaktöffnung 15a ausreichend weit entfernt ist. Selbst wenn die Kontaktöffnungen 15a so ausgebildet werden, daß sie mit den die Gatezonen aufbauenden Störstellendiffu sionszonen 13 teilweise überlappen, befindet sich die Zonenübergangsgrenze zwischen diesen Zonen 13 und den die Kathodenzonen aufbauenden Störstellendiffusionszonen 16 an einer in Fig. 3 gezeigten Position X, so daß sie an einer von der Kontaktöffnung 15a entfernt gelegenen Positionen stabil angeordnet werden kann, wobei die in der entgegengesetzten Richtung orientierte Übergangs stehspannung zwischen den Gatezonen und den Kathodenzo nen ausreichend eingestellt wird, um das Auftreten jeglichen Kurzschlusses zwischen den Gate- und den Ka thodenzonen wirksam zu verhindern.From the impurity profile shown in Fig. 4, which was measured in the vicinity of a point A on the surface of the substrate 11 , it can be seen that the intersection of the P⁺ and N⁺ impurity concentration curves corresponds to the PN zone transition limit. In a known field-controlled thyristor, the impurity diffusion zones constituting the cathode zones show a considerable fluctuation in the impurity profile, so that when the diffusion is flat and the impurity concentration is low, as shown in Fig. 3, the PN zone transition boundary at the position B 'be, so that the distance from the boundary of the contact opening 15 a to form the cathode electrode is insufficient and thus the risk of a short circuit or at least an insufficient standing voltage arises between the gate and cathode zones. In the field-controlled thyristor according to the invention, on the other hand, the impurity diffusion zones 16 which form the cathode zones show only a slight and stable fluctuation with regard to the impurity concentration and the depth of diffusion, so that the PN zone transition boundary on the surface of the substrate 11 is stable at a position shown in FIG. 3 B arranged who can, which is sufficiently far from the contact opening 15 a forming the cathode electrode. Even if the contact holes are a formed 15 that they sion areas with the gate zones constituting Störstellendiffu 13 partially overlap, the zone transition boundary is located between these zones 13 and the cathode zones constituting Störstellendiffusionszonen 16 at a position shown in Fig. 3 position X, so that it can be stably placed on one of the contact opening 15 a distal positions, wherein the oriented in the opposite direction junction withstand voltage between the gate zones and the Kathodenzo NEN is set sufficiently, Thode zones to the occurrence of any short circuit between the gate and the Ka effective to prevent.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1076009A JP2757962B2 (en) | 1989-01-26 | 1989-03-28 | Manufacturing method of electrostatic induction semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4009675A1 DE4009675A1 (en) | 1990-10-04 |
| DE4009675C2 true DE4009675C2 (en) | 1995-04-06 |
Family
ID=13592818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4009675A Expired - Fee Related DE4009675C2 (en) | 1989-03-28 | 1990-03-26 | Method for producing a field-controlled thyristor and thyristor produced therewith with stable withstand voltage characteristics |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4009675C2 (en) |
| FR (1) | FR2645348B1 (en) |
| GB (1) | GB2230136B (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5492180A (en) * | 1977-12-29 | 1979-07-21 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| JPS5671979A (en) * | 1979-11-19 | 1981-06-15 | Toshiba Corp | Static induction transistor and preparation method thereof |
| JPS60955A (en) * | 1983-06-18 | 1985-01-07 | 泉株式会社 | Anti-contamination processing method of protective sheet-shaped article for construction work |
| DE3632642A1 (en) * | 1985-09-26 | 1987-03-26 | Sgs Microelettronica Spa | SEMICONDUCTOR PERFORMANCE COMPONENT |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4041517A (en) * | 1974-09-04 | 1977-08-09 | Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. | Vertical type junction field effect semiconductor device |
| US4060821A (en) * | 1976-06-21 | 1977-11-29 | General Electric Co. | Field controlled thyristor with buried grid |
| US4326209A (en) * | 1977-04-13 | 1982-04-20 | Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha | Static induction transistor |
| JPS6046551B2 (en) * | 1978-08-07 | 1985-10-16 | 株式会社日立製作所 | Semiconductor switching device and its manufacturing method |
| JPS6016753B2 (en) * | 1979-01-19 | 1985-04-27 | 株式会社日立製作所 | Semiconductor switching device and its control method |
| JPS5788771A (en) * | 1980-11-21 | 1982-06-02 | Semiconductor Res Found | Electrostatic induction thyristor |
| US4571815A (en) * | 1981-11-23 | 1986-02-25 | General Electric Company | Method of making vertical channel field controlled device employing a recessed gate structure |
| US4403396A (en) * | 1981-12-24 | 1983-09-13 | Gte Laboratories Incorporated | Semiconductor device design and process |
| JPS58131771A (en) * | 1982-02-01 | 1983-08-05 | Hitachi Ltd | Electrostatic induction type semiconductor switching device |
| US4566172A (en) * | 1984-02-24 | 1986-01-28 | Gte Laboratories Incorporated | Method of fabricating a static induction type recessed junction field effect transistor |
| US4551909A (en) * | 1984-03-29 | 1985-11-12 | Gte Laboratories Incorporated | Method of fabricating junction field effect transistors |
| DE3586735D1 (en) * | 1984-10-19 | 1992-11-12 | Bbc Brown Boveri & Cie | DISABLED POWER SEMICONDUCTOR COMPONENT. |
| JPS61198779A (en) * | 1985-02-28 | 1986-09-03 | Res Dev Corp Of Japan | Electrostatic induction thyristor having gates on both surfaces and manufacture thereof |
| JPS61208873A (en) * | 1985-03-13 | 1986-09-17 | Res Dev Corp Of Japan | Double-gate electrostatic induction thyristor of compression bonded structure |
| US4713358A (en) * | 1986-05-02 | 1987-12-15 | Gte Laboratories Incorporated | Method of fabricating recessed gate static induction transistors |
| JPS634680A (en) * | 1986-06-24 | 1988-01-09 | Matsushita Electric Works Ltd | Electrostatic induction type semiconductor device |
-
1990
- 1990-03-16 GB GB9005988A patent/GB2230136B/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-03-26 DE DE4009675A patent/DE4009675C2/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-03-27 FR FR9003885A patent/FR2645348B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5492180A (en) * | 1977-12-29 | 1979-07-21 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| JPS5671979A (en) * | 1979-11-19 | 1981-06-15 | Toshiba Corp | Static induction transistor and preparation method thereof |
| JPS60955A (en) * | 1983-06-18 | 1985-01-07 | 泉株式会社 | Anti-contamination processing method of protective sheet-shaped article for construction work |
| DE3632642A1 (en) * | 1985-09-26 | 1987-03-26 | Sgs Microelettronica Spa | SEMICONDUCTOR PERFORMANCE COMPONENT |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PELLY, Brian R.: "Leistungshalbleiter - ein Überblick", 3. Teil, In: Elektronik 20/8.10.1982, H. 20, S. 71-75 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4009675A1 (en) | 1990-10-04 |
| GB2230136A (en) | 1990-10-10 |
| GB2230136B (en) | 1993-02-10 |
| GB9005988D0 (en) | 1990-05-09 |
| FR2645348B1 (en) | 1997-01-17 |
| FR2645348A1 (en) | 1990-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69034157T2 (en) | Insulated gate bipolar transistor and method of manufacture | |
| DE4013643C2 (en) | Bipolar transistor with insulated control electrode and method for its production | |
| DE102015204636B4 (en) | Semiconductor device and method for its production | |
| DE2214935C2 (en) | Integrated MOS circuit | |
| DE19533956C2 (en) | Power semiconductor device | |
| DE69729963T2 (en) | SEMICONDUCTOR COMPONENT WITH INSULATED GATE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF | |
| EP0003231A1 (en) | MIS field effect transistor with short channel length and method of making the same | |
| DE19949364A1 (en) | Semiconductor component with MOS gate control used for battery powered, portable electronic components, e.g. laptop computers | |
| DE19632077B4 (en) | Power semiconductor device and method for its production | |
| DE19711729A1 (en) | Horizontal field effect transistor | |
| DE2726003A1 (en) | METHOD OF MAKING MIS DEVICES WITH OFFSET GATE | |
| DE102015209570B4 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing a semiconductor device | |
| DE102006031050A1 (en) | Zener diode | |
| DE3241184A1 (en) | POWER MOS FET | |
| EP0623960A1 (en) | IGBT with self aligned cathode structure and method for producing the same | |
| DE2607203B2 (en) | Enrichment type field effect transistor | |
| DE102006001922B3 (en) | Lateral power transistor used as a MOSFET or an insulated gate bipolar transistor comprises a source zone, a drain zone, a drift zone and a body zone arranged in a semiconductor layer and an electrode layer | |
| DE2447354A1 (en) | METHOD OF MANUFACTURING A FIELD EFFECT TRANSISTOR | |
| DE2831035A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING A HEAT-SENSITIVE SEMI-CONDUCTOR SWITCHING ELEMENT | |
| DE102006007096A1 (en) | Metal oxide semiconductor field effect transistor, comprises drift zone having sub zone arranged between another sub zone and body zone, and drift zone is doped more strongly than sub zone | |
| DE4207913C2 (en) | Metal oxide semiconductor field effect transistors and process for their manufacture | |
| DE102006002438A1 (en) | Semiconductor device and method for its production | |
| DE19710731B4 (en) | Power semiconductor device and method for its production | |
| DE2911726C2 (en) | Process for the production of a field effect transistor | |
| DE4009675C2 (en) | Method for producing a field-controlled thyristor and thyristor produced therewith with stable withstand voltage characteristics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |